artikel

Wordt 3D-technologie onderdeel van de werkplaats?

Werkplaats & Onderhoud Premium 1741

Twee jaar geleden staken drie autoliefhebbers met kennis van 3D-technologie de koppen bij elkaar: Brigitte Gabel, Michel Veul en Mike van der Meulen. Zij merkten dat het steeds moeilijker werd om onderdelen te vinden voor klassieke auto’s en motoren. 3D-technologie biedt de oplossing.

Wordt 3D-technologie onderdeel van de werkplaats?
Met een 3D-printer kun je nylon printen. Als je daar in één print een paar laagjes koolstof- en/of glasvezels aan toevoegt, is het ideaal om er specialistisch gereedschap van te maken: goedkoop en zo sterk als een trekhaak.

Je kunt de naam Second2New lezen als ‘van tweedehands naar nieuw’, maar het is ook een variatie op ‘second to none’ (ongeëvenaard). Brigitte Gabel, Michel Veul en Mike van der Meulen kennen elkaar als organisatoren van de Nationale Oldtimerdag Lelystad en hebben gezamenlijk een bedrijf opgericht om de enorme mogelijkheden van 3D-technologie in te zetten voor klassieke auto’s en motoren. Om iedereen bekend te maken met 3D-technologie trekt Second2New van zaaltje naar clubavond en van toertocht naar AMT Live.

De tournee brengt ze ook naar de gezellige en actieve ATC-vereniging Friesland, waar in Eernewoude zo’n vijftig mensen luisteren naar wat Second2New doet: scannen, omgekeerd ontwerpen en reproduceren. Het is het tegenovergestelde van 3D-printen, want bij 3D-printen wordt van een digitaal bestand een fysiek product gemaakt, terwijl bij 3D-scannen van een fysiek product een digitaal bestand wordt gemaakt.

Hoe werkt zo’n 3D-scanner?

Je kunt scannen met huis-tuin-en-keukenscanners, industriële scanners, scanners met robotarmen die objecten van 1x1x3 meter in één keer scannen, draagbare scanners en dan nog laserscanners met wit- of blauwlicht.

In principe werkt elke 3D-scanner op dezelfde manier. Een lichtbundel kaatst 150 keer per seconde op het oppervlak van het object en door de invalshoek van het teruggekaatste licht weet de scanner waar het object zich bevindt. Dat levert een gigantische hoeveelheid data op, die met speciale laptops en zware computers wordt verwerkt. Zo’n databestand bestaat uit losse puntjes en heet een puntenwolk. De ruis die ontstaat door de verspreiding van het licht moet opgeruimd worden. Als dat gedaan is volgen er nog drie stappen.

Omgekeerd ontwerpen

Second2New maakt van de puntenwolk een ‘mesh’, waarbij over elke drie puntjes in de wolk een vlak wordt getekend, alsof je er een folie overheen trekt. De buitenkant van het object ligt dan vast. Nu volgt de ‘surface’-stap, waarbij moet worden aangegeven welke segmenten bij elkaar horen. Mike van der Meulen: “En daarna komt het lastige werk, want dan gaan we het onderdeel opnieuw tekenen, zeg maar omgekeerd ontworpen, en maken we een CAD-tekening op basis van de mesh- en surface-gegevens.” Als het object een binnenkant heeft, moet die ook getekend worden, want wat met het blote oog niet zichtbaar is, zoals koelvloeistof- en oliekanaaltjes in een motorblok, ziet ook de scanner niet.

Second2New heeft een zeldzaam motorblok van een Porsche gescand, maar voor de olieleidingen een kostbare CT-scan laten maken, die wel het inwendige ziet. Als dan het hele onderdeel in CAD is getekend, is er ook de mogelijkheid om te corrigeren en zelfs om verbeteringen aan te brengen. Mike: “We kunnen scheuren dichtmaken, kromme onderdelen recht maken, ontbrekende delen intekenen, onderdelen spiegelen en de maatvoering aanpassen.”

‘We kunnen scheuren dichtmaken, kromme onderdelen rechtmaken, ontbrekende delen intekenen, onderdelen spiegelen en de maatvoering aanpassen’

Eindeloze mogelijkheden

Als een motorblok vier koelribben heeft en altijd warmloopt, kun je op de CAD-tekening natuurlijk ook een vijfde koelrib toevoegen. Als je dat combineert met 3D-printen ontstaan enorm veel mogelijkheden. Dan kun je, als er tijdens een rally een tandwiel kapotgaat, snel een plastic tandwiel 3D-printen. Je kunt met een lasersnijder uit één stuk leer alle delen van de bekleding van een autostoel op maat snijden of je print een wasmodel uit om te gebruiken voor het gieten van een onderdeel via de verloren-was methode. Je kunt ook een printplaat met alle verbindingen in één keer printen, want er zijn printers die twee soorten vloeistoffen aan kunnen; één vloeistof om het circuitboard te maken, de andere om de geleidingen te printen. Hoef je alleen nog maar een oplossing te vinden voor condensatoren en weerstanden. Zelfs glas is te printen.

Mike: “Weliswaar op dit moment nog alleen kleine stukjes glas, maar het printen van een voorruit is slechts een kwestie van tijd. Bovendien zijn er ook alternatieven voor glas, zoals polycarbonaat, dat we nu ook al in diverse vormen kunnen maken.” In de vliegtuigwereld is de technologie al zover dat ze oude vliegtuigonderdelen eerst opnieuw berekenen voordat ze ze reproduceren. Dan blijkt dat die aluminium ophangbeugel ineens anderhalf keer zo sterk kan worden met veertig procent minder materiaal. Mike: “Als dat nu al met vliegtuigonderdelen kan, dan is het slechts een kwestie van tijd voordat het ook met auto-onderdelen gaat gebeuren.”

Composietveren van Volvo

Het team van Second2New: Brigitte Gabel, Mike van der Meulen en Michel Veul, die in zijn handen een composietbladveer van de Volvo 960/V90 vasthoudt.

Vier jaar geleden begon de Volvo Klassieker Vereniging een zoektocht naar het reproduceren van de composiet bladveren van de Volvo 960 en V90. Die veren zakken na tien, vijftien jaar door. De mallen bestaan niet meer en de gegevens zijn niet meer beschikbaar. Michel Veul: “Alle alternatieven zijn geprobeerd: stalen exemplaren, twee dunne bladveren, schokdempers, luchtbalgen, maar telkens met andere rijeigenschappen als resultaat.”

Second2New heeft één van de laatste goede, originele bladveren gescand en een ingenieursbureau een drukmeting laten uitvoeren om de weerstand van de veer te meten. Door de veer in stukjes te hakken en te verbranden is het aantal glasvezels per laag geteld en gekeken in welke richting de vezels lagen. De originele productiemethode – persen in een dubbele mal – was financieel niet haalbaar, want de mal zou al € 70.000,- hebben gekost.

De bladveren worden nu in een halve mal aan de bovenkant vacuüm getrokken. Second2New heeft voor- en achteraf druktesten, stresstesten en rijtesten laten uitvoeren. Michel Veul: “We hebben het voor elkaar gekregen om nieuwe bladveren voor ongeveer € 450,- per stuk aan te bieden, terwijl gebruikte exemplaren al € 1.000,-deden.”

3D-printen van metaal en aluminium

Met een zeer gevoelige XRF-analyser handscanner kan Michel Veul de samenstelling van een metaallegering vaststellen. Door bestraling gaat het materiaal een eigen karakteristieke straling uitzenden.

Veel gescande auto-onderdelen bestaan uit metaallegeringen. Om de samenstelling van het materiaal vast te stellen, voert Second2New een materiaalanalyse uit. Door het onderdeel te bestralen met röntgenstraling, gaat het materiaal een eigen karakteristieke straling uitzenden. Door het spectrum van die karakteristieke straling te analyseren, kan vastgesteld worden wat de samenstelling is.

Mike: “Het mooie is dat je de resultaten gelijk met de klant kunt bespreken. Zamac, een zinklegering, wordt niet meer gebruikt, dus zoeken we dan iets dat er op lijkt. Vervolgens is het materiaal op de traditionele manier (draaien, frezen, walsen) te maken, dat gebeurt nog vaak, maar misschien kun je het ook 3D-printen. Metaalprinters leggen ieder keer een laagje metaalpoeder neer. De bovenste en onderste lagen worden aan elkaar gesmolten door een laser. Dat kan met veel metalen, bijvoorbeeld titanium, staal of aluminium.”

Productie uit handen

Voor een Citroën Rosalie heeft Second2New het handvat van de achterklep uit nikkelstaal geprint. Dat is weliswaar iets poreuzer dan gegoten nikkelstaal, maar voor een kofferdekselhandvat is dat niet belang. Volgens Mike is er veel goede maakindustrie in Nederland en België en ook daarbuiten. Second2New vraagt prijsopgaves bij meerdere partijen op.

Mike: “Wij reproduceren zelf helemaal niets, maar we weten van de meeste CNC-bedrijven en gieterijen wat ze kunnen, wie welke printers heeft, wie CAD-bestanden aan kan en wie goed is in draadvonken, ponsen en snijden. In Duitsland zijn er al twee aluminium printers, nu nog peperduur, maar de materiaaleigenschappen van dat geprinte aluminium zijn identiek aan die van gegoten aluminium. Over een paar jaar zal deze techniek waarschijnlijk veel goedkoper zijn.”

Oud en nieuw combineren

De XRF-analyser analyseert het spectrum van de straling en stelt daardoor het materiaal vast. In dit geval een legering van 77,2 procent Zn (zink) en 22,6 procent Si (silicium).

Het mooie van de nieuwe 3D-technieken is dat nieuwe en oude technieken zijn te combineren. Neem (metaal)gieten in zandmallen; een techniek die al honderden jaren bestaat. Je kunt een zandmal met een gescand CAD-bestand ontwerpen en dan 3D-printen. Een zandprinter legt iedere keer een heel dun laagje zand van een korrel dik neer. Op de plaats waar de zandmal moet komen, voegt de printer wat bindmiddel toe, laag voor laag. Als het uiteindelijk klaar is en je veegt het losse zand weg, blijft de gietmal over, en die kan naar een ‘ouderwetse’ gieterij. Gegoten producten worden altijd nabewerkt, maar omdat 3D-geprinte mallen zo nauwkeurig zijn, is de nabewerking veel minder tijdrovend. Het eerder genoemde Porsche-motorblok moet ook gegoten worden.

Mike: “Er zijn twee Nederlandse gieterijen die zeggen dat ze magnesium kunnen gieten. Een origineel motorblok is niet beschikbaar en zou misschien wel € 100.000,- kosten, maar wij denken straks voor de helft van dat bedrag klaar te zijn. Voor een andere klant hebben we een cilinderkop voor € 3.500,- laten maken in plaats van € 7.500,-, wat hij normaliter kwijt zou zijn. Het is nog steeds veel geld, maar dankzij 3D-technlogie is dit voor steeds meer mensen bereikbaar.”

Scannen met geleende onderdelen

Materiaalkundige Brigitte Gabel scant met een nauwkeurigheid van 20 tot 127 micron (20 micron is 0,02 mm). Scannen is kostbaar: een kleine scanner kost € 25.000,-, de software kost ook nog eens zo’n bedrag en de extra zware laptop kost € 10.000,-.

Veel verzamelaars houden een voorraadje aan van zeldzame onderdelen. Misschien gaat het onderdeel ooit kapot en dan heb je een reserve-onderdeel. Dat maakt die onderdelen nog zeldzamer. Maar als een onderdeel eenmaal gescand is, dan is er ook de zekerheid dat het onderdeel weer gemaakt kan worden en is het niet meer nodig om een eigen voorraadje aan te houden. Daardoor komen er ook weer originele onderdelen op de markt. Het 3D-scannen van onderdelen is vooral interessant als het onderdeel zeldzaam is, zoals een schakelaar van een Bugatti of een spruitstuk van een Siata. Als zo’n onderdeel ontbreekt, niet te koop of incompleet is, kan het van een andere auto geleend worden; na het scannen krijgt de eigenaar het origineel weer terug. De beschikbaarheid van zeldzame onderdelen neemt door scannen dus weer toe.

‘Een origineel motorblok is niet beschikbaar en zou misschien wel € 100.000,- kosten’

Wie is de eigenaar van de scan?

Normaliter kost het scannen en tekenen zo’n € 120,- per uur, maar Second2New rekent voor onderdelen van klassieke auto’s € 60,-, als Second2New eigenaar wordt van de scan. Na het scannen en tekenen zoekt Second2New een producent. Van de productiekosten is vaak een goede inschatting te maken, maar in afwijkende gevallen kan het zomaar een factor vier variëren. Mike: “Als klanten het te duur vinden, dan betalen ze niets en zijn de scan en tekening op kosten van Second2New gemaakt. Klanten lopen dus geen risico.”

Samenwerken voor de toekomst

Mike van der Meulen: “We worden eigenaar van het digitale bestand, zodat we het nog eens kunnen verkopen. In dat geval krijgt de eerste klant een deel van de scankosten terug.”

Second2New is eigenaar van het digitale bestand en kan het bestand later nog een keer verkopen. Als dat lukt, dan krijgt de eerste klant 10 procent van de scankosten in uren of 5 procent in contanten terug. Het is immers dankzij die eerste klant dat het onderdeel digitaal bestaat en daar profiteren alle volgende klanten van. Brigitte Gabel: “Het voordeel voor Second2New is dat wij op deze manier onderdelen in de database krijgen. Zo werken we met z’n allen aan de beschikbaarheid van onderdelen van klassieke auto’s, ook in de toekomst.”

Reageer op dit artikel